Naukowcy z Harvard University dokonali pierwszych obserwacji cząsteczki, o której kluczowej roli w niszczeniu stratosferycznego ozonu długo teoretyzowano – nadtlenku chloru.

Potrzebne dane NASA zebrała nad Arktyką. Analizy badań zostały przeprowadzone przy pomocy sytemu komputerowej symulacji chemii atmosfery, prowadzonego przez naukowców z NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Pasadenie w Californi.

Cząsteczka Cl₂O₂, zwana również dimerem tlenku chloru, powstaje z dwóch identycznych cząsteczek tlenku chloru (I) (ClO). Dimer ten został sztucznie wytworzony i wykryty w laboratorium, uważa się, że w atmosferze może istnieć wyłącznie w szczególnie zimnych warstwach stratosfery, nad biegunem północnym, gdzie mamy do czynienia ze względnie wysokim stężeniem tlenku chloru

„Wiedzieliśmy już od obserwacji z 1987 roku, że ubytek ozonu jest jakoś powiązany z wysokim stężeniem ClO, ale nigdy wcześniej nie odkryliśmy nadtlenku chloru – powiedział Rick Stimpfle, główny autor badań, naukowiec z laboratorium w Harvardzie.

Obfitość nadtlenku chloru w atmosferze została wykryta przy użyciu nowatorskiej technologii detekcji promieniowania o małej długości fali, takiego jak ultrafioletowe, poprzez substancje zdolne do fluoroesencji. Technologia ta była wcześniej wykorzystywana przy wykrywaniu obecności tlenku chloru (I) w warstwach stratosfery nad Antarktydą i Arktyką.

Wykres na zdjęciu przedstawia globalną zmianę temperatur w latach 1980 – 2000

„Z wcześniejszych, wieloletnich obserwacji tlenku chloru nad obszarami arktycznymi i antarktycznymi wywnioskowaliśmy, że musi tam być i dimer i to w znacznych ilościach, ale do dziś nie byliśmy w stanie go zobaczyć„, przyznał Ross Salawitch, współautor pracy badawczej i naukowiec z JPL.

Tlenki chloru początkowo tworzyły się z freonów (fluorowcoalkilów, głównie pochodnych metanu), cząsteczek stworzonych przez człowieka na użytek przemysłowy, wykorzystywanych np. w lodówkach. Użycie freonów zostało oficjalnie zakazane przez Montreal Protocol, ale przetrwały one w atmosferze przez dziesiątki lat. „Obecność większości chloru w stratosferze to efekt działalności człowieka” dodał Stimpfle.

Tlenek chloru powoduje destrukcję ozonu. Podczas absorpcji światła, z jednej cząsteczki tlenku chloru powstają dwa atomy chloru i molekuła tlenu. Wolne atomu chloru bardzo chętnie reagują z ozonem, rozbijając jego cząsteczki. Poprzez rozpad ozonu, znów formułuje się nadtlenek chloru, proces powtarza się cyklicznie.

„Bezpośrednie pomiary tlenku chloru umożliwiają nam dokładniejsze opisanie procesów niszczenia ozonu w polarnych rejonach stratosfery” – powiedział Mike Kurylo, manager z NASA Upper Atmosphere Recearch Program z Washington.

„Poprzez połączenie całej naszej chemicznej wiedzy o regionach polarnych, którą zdobywamy dzięki badaniom z powietrza, zdjęciom Ziemi przedstawiającym rozkład ozonu i innych molekuł w atmosferze uzyskiwanych ze sztucznych satelitów, NASA jest w stanie polepszyć modele przewidujące ewolucję ziemskiej atmosfery. Próbujemy dowiedzieć się, jak atmosfera zareaguje na spadek stężenia freonów, spowodowany zarządzeniem Montreal Protocol” dodał Kurylo.

Wszystkie rezultaty otrzymano dzięki połączonej europejskiej misji naukowej the Stratospheric Aerosol and Gas Experiment III Ozone Loss and Validation Experiment/Third European Stratospheric Experiment on Ozone 200. Misję przeprowadzono w Kirunie, w Szwecji, między listopadem 1999 a marcem 2000. Podczas kampanii naukowcy wykorzystywali komputerowe modele dla meteorologii i chemii stratosfery, aby pokierować samolotem badawczym ER-2 w regiony oczekiwanej obecności tlenków chloru. Duża zdolność do przystosowywania się stacji umożliwiła pobranie próbek ze wszystkich interesujących nas regionów atmosfery.